Космос

Побачити невидиме: як насправді можуть виглядати чорні діри?

Таємниця того, як виглядає чорна діра, протягом десятиліть був вчених і художників. Чорна діра, за визначенням, невидима – це область простору з настільки сильним гравітаційним тяжінням, що навіть кванти світла не можуть її покинути, тому ми і не можемо її побачити. Але, використовуючи закони фізики і наше розуміння космосу, вчені з розумної ступенем точності можуть відтворити те, як повинна виглядати чорна діра.

Як зобразити те, що ми ніколи не бачили?

То як могла б виглядати чорна діра залежить від ряду факторів, наприклад, активна вона, обертається і т. д.

Чорна діра з аккреційним диском

Це зображення є досить точним зображенням того, що вчені вважають чорною дірою з аккреційним диском з гарячого газу і пилу навколо неї.

Насправді навколо неї одне кільце, а не два, як ми бачимо: гравітація змінює напрям поширення світла навколо чорної діри як зверху, так і знизу таким чином, що він виглядає перпендикулярно реальному стану.

Оскільки диск обертається дуже швидко, то і ефект Доплера також грає роль: світло на лівій стороні здається яскравішим, коли він наближається до нас, і тьмяніше, коли він віддаляється.

Сама чорна діра, звичайно, є чорною сферою в центрі, і визначається по відсутності світла. Яскрава лінія, яка відділяє світло від чорноти на внутрішньому кільці, є кордоном

Пучок частинок

Інше бачення чорної діри, на цей раз без гравітаційного зміни напрямку розповсюдження світла

Отримане зображення не відображає релятивістські ефекти, але воно ілюструє як іноді величезні хмари пилу і газу можуть оточувати крихітну область простору, яка є чорною дірою.

Ця чорна діра випромінює те, що вчені називають «релятивістської струменем» або джетами. Це потужний енергетичний пучок, який випускають деякі дуже активні чорні дірки, коли вони поглинають речовину навколо них. Як саме ці джети з’являються до кінця не відомо, але вони можуть бути одними з найпотужніших явищ у Всесвіті, іноді простягається на тисячі або навіть мільйони світлових років від самої чорної діри.

Зоряні деформації

Ще одне зображення чорної діри, на цей раз на тлі зірок і без якої-небудь речовини навколо неї

Такі об’єкти існують у вигляді тихих чорних дір, які в даний час нічого не поглинають. Не відомо, чи буде такий об’єкт виглядати саме так, але зображення дійсно відображає те, як чорна діра буде згинати будь світло від інших зірок у кільце. Це кільце різнокольорових зірок виникає в результаті проходження світла біля чорної діри, вигинаючись навколо її «гравітаційного колодязя» – чим ближче до чорної діри, тим більше вигин.

Зображення чорної діри, створене Жаном-П’єром Люмине

Це зображення 1978 року, воно вважається одним з найбільш правдоподібних уявлень того, як може виглядати чорна діра.

Французький вчений Жан-П’єр Люмине створив зображення чорної діри, засноване на розрахунках відповідно до загальної теорії відносності, зроблених за допомогою одного з перших комп’ютерів IBM з перфокартами .

Космічний пончик

На додаток до аккреционному диску, деякі чорні діри також оточені тим, що здається гігантським пончиком.

Ця структура називається тором, вченим тільки недавно вдалося отримати зображення з допомогою радіотелескопу ALMA в Чилі.

Ця галактика називається NGC 1068, і вона знаходиться на відстані близько 50 мільйонів світлових років від Землі. Ця картина зображує уявлення художника про те, як може виглядати саме серце галактики – сяючий аккреційний диск, оточений набагато великим газовим тором. Поведінка цієї структури, як і його форма, все ще в значній мірі невідомі. І це представляє величезний інтерес для дослідників, оскільки може дати нове розуміння того, як можуть з’явитися більш великі утворення, такі як галактики.

Поглинання газової хмари

Спостереження за тим, як різні типи матерії потрапляють в чорну діру і поглинається нею – ще одна тема, яка цікавить дослідників. Надмасивна чорна діра в центрі нашої галактики Стрілець A *, зображена на малюнку, в майбутньому поглине велика хмара газу G2.

За допомогою телескопа Event Horizon Telescope (EHT) вчені планують спостерігати за тим, як це станеться, фіксуючи весь процес поглинання від початку до кінця. Буде хмара газу засмоктуватися безпосередньо в чорну діру, або почне обертатися навколо сингулярності? Як така кількість речовини вплине на джети чорної діри? Ці питання зараз відкриті, але EHT готовий дати нам відповіді на них.

Поглинання зірки

Іноді зустрічаються чорні діри в супроводі супутника. На цьому малюнку зображена чорна діра зоряної маси, що живиться сусідній зіркою.

Нещасна зірка виявилася досить близько до чорної діри, щоб та почала поглинати її речовина, але не настільки близько, щоб швидко бути затягнутою в сингулярність. Результатом є те, що речовина зірки буде поступово відкачуватися від світила, створюючи постійний аккреційний диск і живлячи джети чорної діри, що викидають надлишкову матерію в космос.